1、金屬斷裂的微觀機制為了闡明斷裂的全過程（包括裂紋的生核和擴展，以及環境因素對斷裂過程的影響等），提出種種微觀斷裂模型，以探討其物理實質，稱為斷裂機制。屬于不同斷裂機制的斷裂，其斷口微觀結構各具有獨特的形貌特征。基本斷裂機制的典型微觀形貌：a沿晶脆性斷裂b解理斷裂c準解理斷裂d切窩斷裂屬于不同基本斷裂機制的斷口所觀察到的典型微觀形貌，其物理本質和斷口特征為：沿晶脆性斷裂是指斷裂路徑沿著不同位向的晶界（晶粒間界）所發生的一種屬于低能吸收過程的斷裂。根據斷裂能量消耗最小原理，裂紋的擴展路徑總是沿著原子鍵合力最薄弱的表面進行。品界強度不一定最低，但如果金屬存在著某些冶金因素使晶界弱化（例如雜質原子P、

2、S、Si、Sn等在晶界上偏聚或脫溶，或脆性相在晶界析出等等），則金屬將會發生沿晶脆性斷裂。沿晶脆性斷裂的斷口特征是：在宏觀斷口表面上有許多鳧面，每個鳧面都是一個晶粒的界面。如果進行局倍觀察，就會清晰地看到每個晶粒的多面體形貌類似于冰糖塊的堆集，故有冰糖狀斷口之稱；又由于多面體感特別強，故在三個晶界面相遇之處能清楚地見到三重結點。沿晶脆性斷裂的發生在很大程度上取決于晶界面的狀態和性質。實踐表明，提純金屬,凈化晶界，防止雜質原子在晶界上偏聚或脫溶，以及避免脆性第二相在晶界析出等，均可以減少金屬發生沿晶脆性斷裂的傾向。因此，應用X射線能譜分析法和俄歇電子能譜分析法確定沿晶斷裂面的化學成分，對從冶金因

3、素來認識材料的致脆原因，提出改進工藝措施有指導意義。微觀形態：在沿晶脆性斷口上，幾乎沒有塑性變形的痕跡或僅看到極少的切窩。例如，過燒后的斷口，就是沿晶界氧化物薄膜發生的一種沿晶脆性斷裂。另外，18-8奧氏體不銹鋼沿晶界大量析出碳化物后，也易產生沿晶脆斷；沿晶界化學腐蝕和應力腐蝕（包括氫脆）后產生的斷口，也都是沿晶脆性斷口。屬于這類斷口的還有層狀斷口和撕痕狀斷口等。解理斷裂屬于一種穿晶脆性斷裂，根據金屬原子鍵合力的強度分析，對于一定品系的金屬，均有一組原子鍵合力最弱的、在正應力下容易開裂的晶面，這種晶面通常稱為解理面。例如：屬于立方品系的體心立方金屬，其解理面為100晶面；六方晶系為0001;三

4、角晶系為111。一個晶體如果是沿著解理面發生開裂，則稱為解理斷裂。面心立方金屬通常不發生解理斷裂（見晶體結構）。解理斷裂白特點是：斷裂具有明顯的結晶學性質，即它的斷裂面是結晶學的解理面,裂紋擴展方向是沿著一定的結晶方向。為了表示這種結晶學性質，通常用解理系統來描述。對于體心立方金屬，已觀察到的解理系統有100,100等。解理斷口的特征是宏觀斷口十分平坦，而微觀形貌則是由一系列小裂面（每個晶粒的解理面）所構成。在每個解理面上可以看到一些十分接近于裂紋擴展方向的階梯，通常稱為解理階。解理階的形態是多種多樣的，同金屬的組織狀態和應力狀態的變化有關。其中所謂“河流花樣”是解理斷口的最基本的微觀特征。河

5、流花樣解理階的特點是：支流解理階的匯合方向代表斷裂的擴展方向；匯合角的大小同材料的塑性有關，而解理階的分布面積和解理階的高度同材料中位錯密度和位錯組態有關。因此，通過對河流花樣解理階進行分析，就可以幫助我們尋找主斷裂源的位置，判斷金屬的脆性程度，和確定晶體中位錯密度和位錯容量。微觀形態：在電子顯微鏡下觀察時，解理斷口呈“河流花樣”和“舌狀花樣”。準解理斷裂也是一種穿晶斷裂。根據蝕坑技術分析表明，多晶體金屬的準解理斷裂也是沿著原子鍵合力最薄弱的晶面（即解理面）進行。例如：對于體心立方金屬（如鋼等），準解理斷裂也基本上是100晶面，但由于斷裂面上存在較大程度的塑性變形（見范性形變），故斷裂面不是一

6、個嚴格準確的解理面。準解理斷裂首先在回火馬氏體等復雜組織的鋼中發現。對于大多數合金鋼（如Ni-Cr鋼和Ni-Cr-Mo鋼等），如果發生斷裂的溫度剛好在延性脆性轉變溫度的范圍內，也常出現準解理斷裂。從斷口的微觀形貌特征來看，在準解理斷裂中每個小斷裂面的微觀形態頗類似于晶體的解理斷裂，也存在一些類似的河流花樣，但在各小斷裂面間的連結方式上又具有某些不同于解理斷裂的特征，如存在一些所謂撕裂嶺等。撕裂嶺是準解理斷裂的一種最基本的斷口形貌特征。準解理斷裂的微觀形貌的特征，在某種程度上反映了解理裂紋與已發生塑性變形的晶粒間相互作用的關系。因此，對準解理斷裂面上的塑性應變進行定量測量，有可能把它同斷裂有關的

7、一些力學參數如：屈服應力、解理應力和應變硬化參數等聯系起來。微觀形態：在電子顯微鏡和掃描電鏡下觀察，斷口通常是由大量切窩連接而成的。每個切窩的底部往往存在著第二相（包括非金屬夾雜）質點。第二相質點的尺寸遠小于韌窩的尺寸。韌窩斷裂金屬多晶材料的斷裂，通過空洞核的形成長大和相互連接的過程進行,這種斷裂稱為切窩斷裂（dimplefracture）切窩斷裂是屬于一種高能吸收過程的延性斷裂。其斷口特征為：宏觀形貌呈纖維狀，微觀形態呈蜂窩狀斷裂面是由一些細小的窩坑構成，窩坑實際上是長大了的空洞核，通常稱為切窩，它是切窩斷裂的最基本形貌特征和識別韌窩斷裂機制的最基本依據。系統的觀察表明，韌窩的尺寸和深度同材

8、料的延性有關，而韌窩的形狀則同破壞時的應力狀態有關。由于應力狀態不同，相應地在相互匹配的斷口偶合面上，其韌窩形狀和相互匹配關系是不同的。微觀形態：在斷口表面可看到許多位向不同、無金屬光澤的“小棱面”或“小平面”。這些“小棱面”或“小平面”的尺寸與晶粒尺寸相對應（如果晶粒細小，則斷口表面上的“小棱面”或“小平面”用肉眼就不能看到或不明顯）。在電子顯微鏡下觀察“小校面”或“小平面”，它是由大量切窩組成的，韌窩底部往往存在有第二相質點（或薄膜）。由于韌窩的形狀與應力狀態密切相關，故對斷口耦合面上相嚙合部位的切窩形狀、尺寸和深度進行分析，就可以確定斷裂時所在部位的應力狀態和裂紋擴展的方向，并對材料的延

9、性進行評價。還有其他斷裂的機制如：疲勞、蠕變和應力腐蝕斷裂等。微觀斷裂機制的實際應用作為材料斷裂韌性指標之一的裂紋擴展阻力，它不但是一個材料常數，而且也同斷裂的微觀機制有關。例如：當斷裂機制是沿晶脆性斷裂或解理斷裂時，值較小；反之，當斷裂機制是切窩斷裂時，則值較大。斷裂微觀機制的分析，有可能把斷口的形貌分析同斷裂力學指標聯系起來，其中最重要的成果之一是系統地建立了斷裂機制圖，這對解決一些工程斷裂問題十分有用。所謂斷裂機制圖，是指選擇適當的斷裂參數、力學參數或物理參數作為坐標系，用它來確立各種可能出現的微觀斷裂機制的區域，以便發現各類金屬斷裂的普遍規律。在工程應用上，斷裂機制圖對工程設計，材料的選擇，使用條件的限制，以及失效分析等都能提供十分重要的指導性意見和數據資料，目前正大力開展這方面的工作。上面介紹